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Method

音色調整の合理的方法

by Frédéric Levi - A&F Levi Luthier Expert, Paris

50年以上にわたり、私たちの工房の看板には「Méthode rationnelle pour le réglage de la sonorité(音色調整の合理的方法)」という言葉が誇らしく掲げられてきました。

この言葉は単なる装飾ではありません。それは原則の表明であり、メカニズムよりも神秘性を、透明性よりも伝統を長く重んじてきた弦楽器製作界の主流文化に対する、静かなる挑戦でもありました。

この工房は、イタリア生まれでカイロで育ったエンジニア、アンドレ・レヴィによって1978年6月に正式に設立されました。1970年代半ばから始まった彼の弦楽器製作への転身は、伝統的な徒弟制度とは無縁のものでした。それはクラシック音楽への深い愛情と、音響学における技術的専門知識から生まれたものです。最初のバスバーを削り出す前から、この工学の専門家はすでにスピーカーやアンプを設計していました。彼は、インピーダンス・マッチング、減衰係数、周波数応答といった概念を抽象的な理論としてではなく、日常的な工学の実践として理解していました。その理解をヴァイオリンに向けたとき、彼は多くの訓練を受けた職人たちが気付かない、あるいは少なくともそのような言葉では表現しない事実を見出したのです。

アンドレ・レヴィが考案し、息子である私が今も磨き続けているものは、秘密の公式などではありません。それは一つの思考法です。バスバー、魂柱、駒、セットアップなど、弦楽器へのすべての調整は、異なるインピーダンスを持つシステム間のエネルギー伝達の問題として理解できるという信念です。製作者の仕事は、盲目的に型に従うことではなく、木材が何をしているのか、それはなぜなのかを聴き、測定し、論理的に考えることなのです。

本稿は、その思考の一部を記録しようとする試みです。特に、ヴァイオリンの構造要素の中で最も議論の的となり、同時に最も理解されていない「バスバー」について論じます。またこれは、数十年前から私たちの工房では日常的に行われていたことを、より広い弦楽器製作や音響学のコミュニティが数値化するための語彙や技術を徐々に発展させていくのを見るという、馴染み深い経験についての考察でもあります。

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バスバーが解決する問題

バスバーを理解するには、まずそれが接着されている表面について理解する必要があります。ヴァイオリンの表板は柾目(まさめ)のスプルースで作られていますが、この素材の機械的な挙動は極めて方向性に富んでいます。木目に沿った方向では、スプルースは驚くほど高い剛性を示します。良質なトーンウッドの縦弾性係数(ヤング率)は、横方向の弾性係数の10〜15倍に達します。

これは単なる好奇心をそそる事実ではなく、この楽器の音響の基礎です。表板は、弦の下向きの圧力(駒を通して伝わる約9kgの静荷重)に耐えるために縦方向には十分な剛性を持ちながら、横方向には自由に振動して空気を動かせるほど柔軟でなければなりません。

繊維が縦方向に走っているのは偶然ではありません。スプルースの管状のセルロース細胞は、荷重がかかると横方向に圧縮され、表板が木目と直角の方向にたわむことを可能にします。この方向こそが、音の放射において重要なのです。これが表板の素晴らしい魔法です。つまり、力が加わる方向によって、強靭でもあり、しなやかでもあるのです。

そして次に、製作者はf字孔を切り抜きます。

音響学的に、f字孔は不可欠です(単に空気を逃がすためだけでなく、意図的な機械的解放として)。楽器のくびれ部分で連続した木目を正確に切断することにより、表板の中心部を切り離し、半ば独立した「島」にします。これは欠陥ではなく、機能です。これにより、木材が低周波を揺らし、送り出し、投影するために必要な機械的な自由度が与えられます。

しかし、この自由には深刻な構造的代償が伴います。f字孔は、駒の全荷重を支えなければならないまさにその繊維を切断し、アッパーバウツ(上部の膨らみ)とロワーバウツ(下部の膨らみ)の間を振動エネルギーが通過するための連続した経路を断ち切ってしまうのです。

端が自由になり構造的に脆弱になった表板は、数分前までは澄んだタップトーン(叩いた時の音)を響かせていたにもかかわらず、音響的な効率を失います。何の介入もなければ、G線からのエネルギーは外に放射されることなく、f字孔が作り出した「蝶番(ヒンジ)」部分に吸収されて分散してしまいます。さらに、弦の張力によってアーチは徐々に歪み(劇的な崩壊ではなく、数十年かけてゆっくりと進行する測定可能な「陥没(affaissement)」)、表板の音響応答を次第に劣化させます。

これこそが、バスバーが解決する問題です。バスバーはf字孔の不可欠なパートナーです。f字孔が作り出す隙間を橋渡しし、音響的な自由を保ちながら構造的な脆弱性を管理するのです。

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「支持」か「音響」か:誤った二項対立

弦楽器製作の文献には、根強い議論があります。バスバーを純粋に建築的な要素、つまり弦の圧力によって表板が「崩壊」するのを防ぐための梁や「ローマのアーチ」として説明する製作者もいます(これは実際の物理学の劇的な誇張です)。一方で、音響研究に基づき、バスバーを表板のモード応答を形作るフィルターやエネルギー分配器として説明する人もいます。

工学的な観点から言えば、この議論は、実際には不可分である一つの機能を、あたかも二者択一であるかのように提示しています。

バスバーは、アーチの幾何学的な形状を維持すると同時に、不連続な表面全体に振動エネルギーを分配する、プレストレス(あらかじめ応力が加えられた)補強リブです。スピーカーのコーン紙における構造的機能と音響的機能を切り離すことができないのと同じように、これらの役割を分離することはできません。コーン紙は、ボイスコイルの振幅力の下で形状を維持するのに十分な剛性を持ちながら、効率的に音を放射するために軽量で反応が良くなければなりません。これらはトレードオフにすべき相反する要件ではなく、全く同じ工学的問題に対する二つの描写に過ぎないのです。

アンドレ・レヴィは、長年まさにこの種の問題を解決してきたため、このことを即座に見抜きました。スピーカーのドライバーユニットは、インピーダンス・マッチング(整合)デバイスです。高インピーダンスの電気信号を受け取り、それを空気中の低インピーダンスの圧力波に変換します。

ヴァイオリンの表板もこれと類似した働きをします。強く張られた弦は、高インピーダンスで微小な変位を持つシステムとして機能します。逆に、周囲の空気は、耳に聞こえる音量を生成するために、低インピーダンスで大きな変位を持つシステムを必要とします。駒がこのシステムにおける主要な機械的変換器として機能する一方、バスバーと魂柱は、このエネルギーネットワークの重要な分配器およびフィルターなのです。

実用的な観点から言えば、バスバーが緩んでいたり、適切に取り付けられていない場合、単に音色が変わるだけではなく、楽器の「音を遠くに飛ばす(プロジェクション)」能力が崩壊してしまうのはこのためです。エネルギーが空気に到達しないのです。

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バスバーの機能:4つの役割、1つのシステム

  1. 断絶の架け橋(Bridging the Discontinuity) f字孔は、くびれ部分における表板の構造的連続性を断ち切ります。バスバーはこの隙間を橋渡しし、低音側の上部と下部の膨らみを再び一つの振動面として接続します。これがなければ、G線から駒の低音側の足に伝わるエネルギーは、f字孔によって作られた「蝶番」に吸収され、局所的に分散してしまいます。バスバーは、構造的な空白をまたぐ音響的な橋として機能します。
  2. エネルギーの分配(Distributing Energy) 駒の足は小さいですが、放射面は広大です。バスバーは、駒に集中した入力を受け取り、それを縦方向に広げます。これにより、小面積の音源が、十分な空気を動かして音を響かせる大面積のラジエーターへと変換されます。そのテーパー状のプロファイル(中央が最も高く、両端に向かって低くなる形状)は、局所的な剛性と質量のグラデーションを作り出します。適切にフィットしたバスバーが単に楽器の音量を上げるだけでなく、開放弦のGからE線の最高音まで、4本の弦すべてにおいて音が均一で繋がっているように感じさせるのはこのためです。
  3. アーチの維持(Maintaining the Arch) 「構造的サポート」という説は厳密には間違っていませんが、しばしばひどく誇張されています。バスバーがなくても表板が粉々に砕け散ることはありません。しかし、スプルースは粘弾性を持っています。低音側の足の継続的な荷重下で、それはクリープ(徐変)を経験します。バスバーがなければ、表板のアーチは数十年かけて数分の一ミリ単位で垂れ下がる「陥没(affaissement)」の犠牲になります。そして音響学において、幾何学的形状はすべてを意味します。微視的なアーチの喪失でさえ、局所的なインピーダンスを変化させ、音響応答を劣化させます。バスバーは崩壊を防ぐのではなく、木材が弾性的な可動範囲に留まるために必要な、正確な幾何学的テンションを維持するのです。
  4. 応答のチューニング(Tuning the Response) 梁の剛性は、高さの3乗に比例して増加します(高さを2倍にすると、剛性は8倍になります)。バスバーの側面プロファイルのわずかな変化が、楽器全体の反応を大きく変えることができるのはこのためです。数ミリ単位の調整は、エネルギーが表板全体に分布する方法に影響を与えます。これは、振動面に沿った局所的インピーダンスの操作に他なりません。
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スプリング(反り):最適な反応への臨界点

多くの現代の製作者は、バスバーをわずかに凸状のカーブ(「スプリング」またはテンション)を持たせて合わせます。これにより、接着する前に両端を表板に押し付けてクランプする必要があります。これは恒久的な上向きのプレロード(予圧)をもたらし、弦の作業荷重(下向きの圧力)を相殺し、木材を反応性の高い弾性状態に保ちます。

このテンションの音響的な影響は大きいものです。現代の物理学者は、スプルースが関与する微視的な振動振幅において線形弾性領域で動作すると指摘していますが、スプリングの実用的な効果は否定できません。弦の下向きの力に対して表板にプレロードをかけることで、製作者は木材全体の静的応力分布を変化させます。目標は、システムを極めて特定の反応性の閾値に導くことです。太いバネが、解放される絶対的な限界ギリギリまで圧縮されている状態を想像してください。その潜在エネルギーは巨大であり、それを運動エネルギーとして解き放つには、羽毛のように軽いひと押しで十分です。製作者は、表板をまさにその境界に「駐車」させようとしているのです。

この効果が真の非線形弾性に起因するのか、プレロードされた表板の応力分布の変化に起因するのかは、いまだ議論の的です。議論の余地がないのは、その実用的な結果です。表板の動的コンプライアンス(柔軟性)は最大化されます。システム全体の静的剛性が増加しているにもかかわらず、表板の微小で急速な揺さぶりに対する抵抗(動的インピーダンス)は低下します。弦が動きを誘発するために必要な追加エネルギーははるかに少なくて済みます。重いG線のわずかな振動が、表板からの巨大で即座の音響応答を引き起こすのです。木材は覚醒し、今にも弾けそうなほど神経を研ぎ澄ませた状態になります。弓の下で生命力を持って跳ね上がるヴァイオリンと、どれだけ強く弾いても鈍く抵抗を感じるヴァイオリンとの違いを感じたことのある演奏家は、まさにこの境界(スレッショルド)を感じ取っているのです。

しかし、この均衡は非常にデリケートです。製作者がプレロードをかけすぎると、木材はこの変曲点を越えて高剛性の領域に押し戻されてしまいます。動的インピーダンスは急激に上昇し、弦のエネルギーだけでは表板を駆動できなくなります。音は硬くなり、温かさや膨らみを失い、弓の下で楽器が窒息しているように感じられます。この正確なバランスを見つけること(表板を最大応答性の境界に完璧に置くこと)は、弦楽器製作において最も要求の厳しい技術の一つです。

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魂柱:支点と過渡応答

バスバーは表板全体にエネルギーを分配しますが、押し返す対象がなければ機能しません。もしヴァイオリンの音響回路がバランスド・アーマチュア型スピーカーだとしたら、魂柱はその支点(ピボット)になります。

駒の高音側の足のすぐ後ろに立つ魂柱は、極めて局所的な剛性の節点を形成します。現代の測定では、駒の動きは非常に複雑であることが示されています(横揺れ、ねじれ、垂直方向の跳ね返り)が、概念的には、魂柱は高音側の足の動きを制限します。この非対称性が、低音側の足に遥かに大きな振幅でポンピング運動を強制し、バスバーをピストンのように素早く制御された微小変位で駆動させます。この支点がなければ、駒はただあてもなく跳ねるだけで、インピーダンス変換器は機能しなくなります。

しかし、魂柱は単なる構造的な柱ではありません。二次元におけるその正確な配置(駒の足からの距離と、中心線からの距離)は、楽器のカップリングとダンピング(減衰)係数を調整するための究極のファインチューニング・ダイヤルなのです。

魂柱が駒の足のすぐ近くに配置されると、機械的カップリングは非常に強固になります。高周波(波長が短くエネルギーが低い)は、即座に効率よく伝達されます。ヴァイオリンの音は明るく、鋭く、焦点の定まったものになります。

製作者が魂柱を駒から遠ざけていくと、駒の足と魂柱の頂点の間にあるスプルースの空間が柔軟な蝶番として機能し始めます。これが機械的なダンピングをもたらします。木材は、高周波エネルギーが完全に伝播する前にそれを吸収します。興味深いことに、これはよく知られた音響心理学的な錯覚を生み出します。高周波がダンピングによって減衰するため、低周波の出力そのものが有意に増加していなくても、聴き手には低周波が遥かに存在感を持って力強く感じられるのです。スペクトル全体でのモードエネルギーの真の再分配もいくらか存在しますが、この効果の多くは単に全体的なEQ(イコライジング)の傾きによるものです。

決定的に重要なのは、音響システムにおいて、ダンピングは単に周波数をフィルタリングするだけでなく、時間領域(タイムドメイン)をも変化させるということです。ダンピングの強すぎるスピーカーが過渡応答(トランジェント・レスポンス)の悪化に苦しむのと同様に、駒から遠すぎに配置された魂柱は、システムの過渡的な立ち上がり時間を変化させます。音はスプルースの中を秒速約5,000メートルで伝わるため、これは単なる伝播遅延の問題ではありません。むしろ、ダンピングの増加は、表板の振動モードが最大振幅に達するまでにより多くのサイクルを要することを意味します。エネルギーが、一貫した表板の動きとして組織化されるまでにわずかに長く時間がかかるのです。

演奏家にとって、このほんのわずかな遅れは強烈に感じられます。ヴァイオリンは鈍く、抵抗があり、「食いつき(bite)」に欠けるように感じられます。魂柱の正確な座標を見つけることは、このトレードオフを管理する行為です。音色に温かみを与え、深い低音の錯覚を作り出すのに十分なダンピングを導入しつつ、弓の下で楽器が生き生きと瞬時に反応するような過渡応答を損なわない、絶妙なポイントを見つけるのです。

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筐体(箱)についての一言

鋭い読者は、本稿が表板、バスバー、魂柱にほぼ完全に焦点を当てており、裏板とのカップリング(結合)を省略していることにお気付きでしょう。これは意図的なものです。裏板のモード・カップリングは間違いなく存在し、ヴァイオリンの最終的な声にとって極めて重要ですが、それは単独の論文に値するほど広大なトピックです。ここでは、スピーカー設計から引き出した最後の一つの視点を提供するにとどめたいと思います。

古典的な音響理論において、数学的に「完璧」なスピーカーは無限バッフル(全く共振しない完全に剛性のある壁)に取り付けられており、駆動されるコーンのみが空気を動かすことが保証されています。この厳密な数学的純粋さをヴァイオリンに適用するなら、横板と裏板は無限の剛性を持ち、表板のための単なる静的なフレームとして機能する必要があります。

しかし、ヴァイオリンは無限バッフルではありません。裏板と横板は非常にアクティブで共鳴的な筐体を形成し、楽器全体の共鳴挙動と結合されたボディモードに貢献します。この意味で、ヴァイオリンは「バスレフ(バス・リフレックス)」型スピーカーに非常によく似た振る舞いをします。

厳密な数学的観点から言えば、バスレフ・エンクロージャーは「欠陥」があります。位相のズレを導入し、ドライバーからの直接放射ではなく、エンクロージャー自体の調整された共鳴に依存して低周波を補強するからです。しかし、音響心理学的な観点から見れば、それは工学の傑作です。小さな箱の中の比較的小さなドライバーが、人間の音楽的嗜好に合った、深く物理的に満足のいく低音を生み出すことを可能にするのです。

製作者は、ヴァイオリンの裏板をこれとほぼ同じように扱います。表板単体からの数学的に無菌で「完璧」な応答を得るために、裏板の共鳴を排除しようとはしません。代わりに、表板と裏板の間のカップリングを意図的に操作して、全体として望ましいサウンドを追求します。裏板は、主たるインピーダンス変換器を支え、色付けし、増幅する「調整されたエンクロージャー」なのです。それはシステムに不可欠な部分ですが、「合理的方法」は、筐体がその仕事を行えるようになる前に、まず主エンジン(表板とバスバー)が正しく機能していなければならないと定めています。

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50年後

近年、大学の研究者たちは、バスバーの張力、モード応答、f字孔の構造・音響カップリング、そしてヴァイオリンのボディ内のエネルギー分布に関する厳密な研究を発表しています。モード解析、有限要素法(FEM)モデリング、レーザー干渉計により、かつて製作者たちがタップトーン(叩き音)や親指を通した木材の感触でしか感じ取れなかった現象を視覚化し、定量化することが可能になりました。

看板に「Méthode rationnelle pour le réglage de la sonorité(音色調整の合理的方法)」と掲げられた工房で育った私たちにとって、こうした現代の論文を読むことは、新たな発見というよりも、深い共感をもたらします。タップトーンの代わりに固有値、直感の代わりにクラドニ図形と、使われる言語は変わりましたが、根底にある概念は、私たちが半世紀にわたって取り組んできた原則と全く同じなのです。

バスバーが表板全体のインピーダンス分布を管理すること。その構造的な役割と音響的な役割は不可分であること。バスバーにスプリング(テンション)を持たせることが、表板を最適な反応性の境界へと導くこと。f字孔が楽器最大の音響的利点と最大の構造的脆弱性の両方を生み出すこと。これらはレヴィの工房における単なる仮説ではありませんでした。それらは何百もの楽器を通じてテストされ、洗練されてきた作業の前提でした。

ヴァイオリンの音色調整に関する合理的な分析は、最初の有限要素モデルや最初の音響学ワークショップから始まったわけではないということを、歴史の記録として記しておく価値はあるでしょう。それは少なくとも一つの工房で、音楽を愛するエンジニアによって始まりました。彼はヴァイオリンの表板とスピーカーのコーン紙がエネルギー伝達において類似した問題に直面していることを理解し、それを論じるための現代的な語彙が存在するよりも前に、自分のレターヘッドにその理解を記すという確固たる信念を持っていたのです。

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探求心を持つ方への一言

シンプルな結論を求めている製作者、演奏家、あるいは学生の方へ。バスバーは、音響的な副作用を持つ支持梁ではありませんし、構造的な副作用を持つ音響デバイスでもありません。それは、呼吸させるために意図的に連続性が断たれた表板全体にわたって、振動する弦と周囲の空気の間のインピーダンスを一致させるという、単一の複雑な仕事を行う一つの部品なのです。

バスバーの長さ、高さ、テーパー、重さ、スプリングに関して製作者が行うすべての選択は、そのインピーダンス・マッチングがどのように機能するかについての選択です。これを正しく行えば、ヴァイオリンは開花し、弓の下で反応し、音を飛ばし、生き生きと鳴り響きます。これを間違えれば、どんなに素晴らしいニスも、木材の選定も、製作者の名声も、その楽器を救うことはできません。

合理的方法とは、結局のところ、それらの選択の一つ一つが「なぜ」重要なのかを問う意志であり、その答えは常に同じであると受け入れることなのです。すなわち、エネルギーは弦から空気へと伝わらなければならず、その間にあるすべての木片は、その伝達を助けているか、あるいは邪魔をしているかのどちらかなのです。